2009年本科生“传感器技术及应用”试题(B卷) 一、（本题12分）简述物理量传感器建模技术的重要性。 回答要点： (1)物理量传感器的核心通常是弹性敏感结构（元件），其在被测量作用下产生 的各种效应是其实现测量的基础，包括其敏感结构参数，描述其测量机理的方 程就是传感器的模型。(6分) (2)目前传感器的敏感结构越来越复杂，已不能再用简单的经验公式进行设计， 需要仔细研究其敏感机理，对敏感机构的参数进行优化设计，因此必须通过准 确描述传感器的模型。(6分) 二、（本题12分）简述弹性敏感元件的刚度的物理意义？它影响传感器的哪些性 能？ 回答要点： 刚度：当外力作用下，弹性元件输出位移，输出单位位移需要的外力就是弹性 敏感元件的刚度，它是灵敏度的倒数。(4分) 基于刚度与传感器敏感结构灵敏度的关系，通常刚度越大，弹性元件的灵敏度 就越低，能够实现测量的范围就越宽，反之亦然。（⑤分） 为了减小干扰信号对传感器的影响，通常可以将传感器敏感结构感受可能的干 扰的刚度比感受被测量的高度设计的尽可能地大。(3分) 三、（本题12分）简单比较电位器式压力传感器和电容式压力传感器。 回答要点： 相同点： (1)均为改变位移实现测量的传感器，即变换原理是压力一位移：(2分) (2)都需要一个弹性敏感结构直接感受被测压力。(2分) 不同点：
1 2009 年本科生“传感器技术及应用”试题(B 卷) 一、(本题12分) 简述物理量传感器建模技术的重要性。 回答要点: (1) 物理量传感器的核心通常是弹性敏感结构(元件)，其在被测量作用下产生 的各种效应是其实现测量的基础，包括其敏感结构参数，描述其测量机理的方 程就是传感器的模型。(6 分) (2) 目前传感器的敏感结构越来越复杂，已不能再用简单的经验公式进行设计， 需要仔细研究其敏感机理，对敏感机构的参数进行优化设计，因此必须通过准 确描述传感器的模型。(6 分) 二、(本题 12 分)简述弹性敏感元件的刚度的物理意义？它影响传感器的哪些性 能？ 回答要点： 刚度：当外力作用下，弹性元件输出位移，输出单位位移需要的外力就是弹性 敏感元件的刚度，它是灵敏度的倒数。(4 分) 基于刚度与传感器敏感结构灵敏度的关系，通常刚度越大，弹性元件的灵敏度 就越低，能够实现测量的范围就越宽，反之亦然。(5 分) 为了减小干扰信号对传感器的影响，通常可以将传感器敏感结构感受可能的干 扰的刚度比感受被测量的高度设计的尽可能地大。(3 分) 三、(本题 12 分) 简单比较电位器式压力传感器和电容式压力传感器。 回答要点： 相同点： (1) 均为改变位移实现测量的传感器，即变换原理是压力——位移；(2 分) (2) 都需要一个弹性敏感结构直接感受被测压力。(2 分) 不同点：
(1)电位器的位移是某一点的，电容式的是某一区域的：(2分) (2)电位器的位移通常要比电容式的位移大：(2分) (3)电位器是直流元件，转换电路简单：电容式是交流元件，转换电路相对负 载：(2分) (4)电位器式的精度要低于电容式的。(2分) 四、（本题16分）图示为一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了何种 效应？写出图中的eAB(T入小 e(T,T)的表达式。 ea(T,To】 To eAB(T】 eAB(To) B ea(T.To) 题四图 回答要点： (1)热电偶传感器：(4分) (2)利用了帕尔帖效应与汤姆逊效应：(6分) ③)ea)-=红n只 ngT) :(3分) e,,T)=on·8分) 五、（本题16分）结合图简述电涡流效应，说明利用电涡流效应实现三种不同 物理量测量的基本原理。 回答要点： (1)针对示意图正确说明电涡流效应(7分，其中图3分，简要说明4分)： 2
2 (1) 电位器的位移是某一点的，电容式的是某一区域的；(2 分) (2) 电位器的位移通常要比电容式的位移大；(2 分) (3) 电位器是直流元件，转换电路简单；电容式是交流元件，转换电路相对负 载；(2 分) (4) 电位器式的精度要低于电容式的。(2 分) 四、(本题 16 分)图示为一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了何种 效应？写出图中的e (T ) AB 、eA ( ) T， 的表达式 T0 。 题四图 回答要点： (1) 热电偶传感器；(4 分) (2) 利用了帕尔帖效应与汤姆逊效应；(6 分) (3) ( ) ( ) n ( ) T n T e kT e T B A AB = ln ；(3 分) ( ) ∫ = T T e T T dT 0 A ， 。(3 分) 0 σ A 五、(本题 16 分) 结合图简述电涡流效应，说明利用电涡流效应实现三种不同 物理量测量的基本原理。 回答要点： (1) 针对示意图正确说明电涡流效应(7 分，其中图 3 分，简要说明 4 分)；
1 线圈 11 金属导体 Φ2 (u) 12 答五题图 (2)可以给出电涡流效应实现测量：位移、振动、材料缺陷、转速等，每一个 3分，共9分。 六、（本题16分）图示反映的是哪一类传感器？该类传感器解决的关键问题是 什么？说明该类传感器的应用特点。 E(s) R(s) D(s) A(s) 题六图 回答要点： (1)谐振式传感器：(4分) (2)该类传感器解决的关键问题是如何提高谐振敏感结构的机械品质因数：(4 分) (3)应用特点：直接周期信号输出（准数字信号）、高性能（稳定性好、重复性 好)(8分)。 七、（本题16分）建立集合（位移、应变、应力、固有振动）与集合(1%指针式 气压高度表、0.05%直接输出频率量的气压高度传感器、受温度影响较大的压 力传感器、成本较低可通过粘贴或溅射方式布设敏感元件的压力传感器)的映射 3
3 Φ (µ) 金 属 导 体 线 圈 Φ 答五题图 (2) 可以给出电涡流效应实现测量：位移、振动、材料缺陷、转速等，每一个 3 分，共 9 分。 六、(本题 16 分) 图示反映的是哪一类传感器？该类传感器解决的关键问题是 什么？说明该类传感器的应用特点。 题六图 回答要点: (1) 谐振式传感器；(4 分) (2) 该类传感器解决的关键问题是如何提高谐振敏感结构的机械品质因数；(4 分) (3) 应用特点：直接周期信号输出(准数字信号)、高性能(稳定性好、重复性 好)(8 分)。 七、(本题 16 分) 建立集合(位移、应变、应力、固有振动)与集合(1％指针式 气压高度表、0.05％直接输出频率量的气压高度传感器、受温度影响较大的压 力传感器、成本较低可通过粘贴或溅射方式布设敏感元件的压力传感器)的映射
关系，简要说明依据。从中挑选任意一种映射关系说明其应用特点。 回答要点： (1)准确建立集合映射关系8分： (位移、应变、应力、固有振动)~(1%指针式气压高度表、可通过粘贴或溅射 方式布设敏感元件的压力传感器、受温度影响较大的压力传感器、0.05%直接 输出频率量的气压高度传感器)，说明依据3分： (2)准确表述出应用特点5分
4 关系，简要说明依据。从中挑选任意一种映射关系说明其应用特点。 回答要点： (1) 准确建立集合映射关系 8 分； (位移、应变、应力、固有振动)～(1％指针式气压高度表、可通过粘贴或溅射 方式布设敏感元件的压力传感器、受温度影响较大的压力传感器、0.05％直接 输出频率量的气压高度传感器)，说明依据 3 分； (2) 准确表述出应用特点 5 分